Blandad venös syre- och koldioxidhalt

Detta kapitel är knappt relevant för avsnitt G4(iii) i 2017 års kursplan för CICM Primary Syllabus, där examinanden ombeds ”beskriva de faktorer som påverkar den venösa syremättnaden”. Även om kollegiet var noga med att inte kalla det för central venös syremättnad är det säkert att anta att det var vad de tänkte, eftersom perifer venös syremättnad i princip är värdelös. Däremot kan central venös syremättnad vara användbar, även om den har förlorat mycket i popularitet sedan den kördes över av ANZICS CTG:s partybuss.

Som alltid avskräcker inte bristen på klinisk relevans examinatorerna från att ställa detaljerade frågor om ett ämne, särskilt om det är intressant ur en abstrakt vetenskaplig synvinkel. Även efter att ha blivit nedtrampad i litteraturen har venös syresättning ofta dykt upp i CICM First Part-examen. Hittills har det varit föremål för två SAQ:

• Fråga 19 från det första provet 2017
• Fråga 10 från det första provet 2008

Specifikt frågade stammen i dessa frågor efter den blandade venösa PO2, syrepartialtrycket i det blandade venösa blodet; examinatorernas kommentarer (”… ett antal kandidater skrev om syremättnad i det blandade venösa blodet” listades bland de vanligaste felen). I fråga 23 i det andra provet från 2015 och i fråga 7 i det första provet från 2011 ställdes dessutom frågor om bestämningsfaktorerna för den blandade venösa CO2-innehållet. Eftersom de begrepp som används för att förklara detta är mycket likartade har frågan lagts till i slutet av detta kapitel, i brist på ett bättre ställe att lägga den på.

I sammanfattning:

Detta förblir ett attraktivt ämne för översiktsartiklar, om än med en synlig tonförändring som har utvecklats under åren. Från mycket optimistiska arbeten som publicerades tidigare under detta århundrade (t.ex. Emanuel Rivers et al, 2001) publicerar man nu artiklar med titlar som ”Should We Abandon Measuring SvO2 or ScvO2 in Patients with Sepsis?” (Teboul et al, 2019). Pearse & Rhodes (2005) ger en gedigen genomgång av fysiologin (även med några normalvärden) och deras arbete är uppfriskande välrefererat. För blandat venöst CO2 fanns det ingen bättre översikt än Lamia et al (2006).

Venöst, centralvenöst och blandat venöst blod

Det verkar logiskt att först fastställa vad exakt vi talar om. I kortast möjliga form,

• Venöst blod är allt blod som strömmar från de postkapillära venulerna tillbaka till hjärtat, efter att det har utbytt gas och andra ämnen med vävnaderna.
• Som ett resultat av gasutbytet kommer sammansättningen av detta blod att vara annorlunda. Det kommer att innehålla mindre syre, mer koldioxid och andra metaboliska biprodukter.
• Den olika sammansättningen kommer därför att återspegla den metaboliska aktiviteten. Kort sagt bör det finnas ett samband mellan cellulär ämnesomsättning och venöst blods sammansättning, särskilt dess syrehalt (eftersom syreförbrukningen är en bra representation av ämnesomsättningen).

Från detta följer logiskt att

• syrehalten i blod som tas från en ven kommer att avspegla den metaboliska aktiviteten i de specifika vävnader från vilka blodet dräneras.
• Syresättningen av venöst blod i de centrala kärlen bör därför återspegla den metaboliska aktiviteten i hela kroppen
• Denna information skulle kunna vara användbar för att vägleda terapin eftersom den skulle göra det möjligt att jämföra syretillförsel och syreuttag (uttryckt som syreuttagskvoten)

Därav följer också att syretillförsel i de centrala venösa kärlen är mycket viktigare än i de perifera, och att om man vill bedöma syreförbrukningen i hela organismen är det viktigt att få med så centralt som möjligt. Som du kommer att se nedan kommer till och med skillnaden på 10 cm mellan provtagningsställena för höger förmak och lungartär att ha betydelse med några procentenheter.

Med tanke på att det här kapitlet håller på att glida in på farligt pragmatiskt område, låt oss styra det tillbaka till abstrakt vetenskap och cynisk testkänslig tentamensförberedelse.

Definition av blandat venöst blod

De flesta SAQ:s om detta ämne har frågat specifikt om blandat venöst blod, och kommentarerna från högskolorna verkar betona definitionen av denna term. Ur perspektivet att införliva den fysiologiska betydelsen av blandat venöst blod i definitionen, framstår det mest grundliga försöket i Kandel & Aberman (1983):

”Blandat venöst blod härstammar idealt sett från en pool av venöst blod med följande egenskaper: (1) innehåller allt blod som har passerat kapillärbäddar som kan extrahera syre från blodet; (2) utesluter allt blod som inte har passerat kapillärbäddar som kan extrahera syre från blodet (t.ex. utesluter blod som shuntas från vänster ventrikel till höger ventrikel, som vid förekomst av en ventrikelseptumdefekt); och (3) innehåller blod som är så pass grundligt blandat att det finns en enda syrgasmättnad i hela blodet, trots att det är bildat av blod med varierande syrgasmättnader.”

Denna definition har endast en nackdel, nämligen att den inte har någon som helst respekt för läsarens tid eller uppmärksamhetsspann. Det kanske går bra bland de bokstavsskrivna prenumeranterna på Archives of Internal Medicine, men en CICM-examinator som redan har markerat sjuttio frågor kommer inte att ha något tålamod för omskrivningar. Det är uppenbart att det behövs en avfettat version:

”Blandat venöst blod är:

• provtas från lungartären
• blandas i höger ventrikel ur flera venösa källor
• representativt för syreuttaget för hela kroppen”

Och, från del ett, en ännu kortare definition som uppfyller alla väsentliga kriterier från examinatorns kommentarer:

”Blod från IVC, SVC och koronarsinus, som har blandats av RV:s pumpverkan och som vanligen provtas från lungartären”

Och en definition som innehåller ett absolut minimum av information samtidigt som den är på gränsen till korrekt:

”Blandat venöst blod är lungartärblod.”

Sammansättning av blandat venöst blod

”Bra svar gav också den varierande PO2 från olika vävnadsbäddar som utgör blandat venöst blod”, befallde examinatorerna i sin SAQ-kommentar. Man kan påpeka att alla vävnadsbäddar per definition utgör blandat venöst blod. Några representativa bidrag från denna stora pool ingår som märkta element i följande diagram:

Detta är faktiskt en modifiering av ett välkänt diagram av Konrad Reinhart, som kan spåras tillbaka till hans välklingande titel ”Zum Monitoring des Sauerstofftransportsystems” (1988). Det är inte bara på tyska, utan det är också omöjligt att få tag på ett elektroniskt exemplar av Der Anaesthesist från 1988. Vi kommer därför kanske aldrig att få veta varifrån dessa siffror kommer. Dessutom verkar inte alla siffror vara rimliga, och vissa saknades. SVC- och IVC-värdena fick hämtas från Leiner et al (2008), njurvenen från Nielsen et al (1992) och jugularvenen från Nakamura (2011).

Skillnaden mellan SvO2 och ScvO2

Det råder bred enighet i litteraturen om att det finns en skillnad mellan centralvenös syremättnad (ScvO2) och blandvenös syremättnad (SvO2), även om inte alla håller med om att skillnaden är kliniskt signifikant.

Det tycks ibland råda viss oenighet om vilken som är högre. Oh’s Manual (s. 154 i 7:e utgåvan). specificerar att under normala fysiologiska förhållanden är den centrala venösa saturationen (ScvO2) 2-3 % lägre än den blandade venösa syremättnaden (SvO2). Så, om ens examinator vid ett viva över bordet råkar vara Thomas John Morgan eller Balasubramanian Venkatesh, skulle man göra klokt i att återge denna information.

Tyvärr deltar de antagligen inte i första delens viva, eftersom deras kapitel är i stort sett den enda resurs som gör detta påstående. Genomsnittsvärden som mättes direkt på friska frivilliga av Barrat-Boyes et al (1957) fick ett genomsnitt på 78,4 % i SVC och 76,8 % i lungartären. Sänkningen av syrehalten mellan centralvenöst blod och lungartärblod brukar tillskrivas blodet som kommer ut ur venös sinus, som vanligtvis är ganska anoxiskt (hjärtat är ett organ med en berömd hög syreuttagskvot).

De flesta andra källor ger ett ännu lägre normalvärde för SvO2, kanske för att de hänvisar till kritiskt sjuka patienter med högt syrebehov från myokardiet. En studie från 2004 som publicerades i Chest vill få oss att tro att ScvO2 är 5 % högre än SvO2, och antyder att skillnaden kan vara ett mått på ökad syreförbrukning i myokardiet. I en annan översiktsartikel rapporteras att denna skillnad förändras med CVC-provtagningsspetsens position (vid 15 cm från trikuspidalklaffen var ScvO2 8 % högre, men i det högra förmaket var den bara 1 % högre). Kanske är det så att ju svårare chocken är desto större är skillnaden. Följande bild illustrerar de venösa syrgasmättnadsvärdena på tre olika ställen längs PA-katetern (slida, proximal injektionsport, distal PA-port) hos en patient i svår septisk chock, med en påtagligt hyperdynamisk cirkulation:

Venös syrgasmättnad (SvO2), partialtryck och innehåll

De flesta läroböcker anger ett partialtryck (PvO2) på cirka 40 mmHg, vilket motsvarar ett blandat venöst syrgasmättnadsvärde på cirka 70-75 % (Barrat-Boyes et al, 1957). När det gäller att göra någon form av praktisk användning av resultaten av venösa blodgaser anses PvO2 i allmänhet vara en mindre viktig faktor, eftersom det bidrar minimalt till beräkningen av den blandade venösa syrehalten. Och det är den halten man behöver om man skulle beräkna något användbart.

Syrehalten i blandat venöst blod har många influenser, som i princip är desamma som alla de normala saker som påverkar syrehalten i helblod. Dessa är:

Total syrehalt i blodet = (sO2 × ceHb × BO2 ) + (PO2 × 0,03)

Varvid:

• ceHb = den effektiva hemoglobinkoncentrationen
• PO2 = syrepartialtrycket i blodet
• 0.03 = innehållet, i ml/L/mmHg, av löst syre i blodet
• BO2 = den maximala mängden Hb-bundet O2 per volymenhet blod (normalt 1,34 eller 1,39)
• sO2 = syrgasmättnad

Dessa bestämningsfaktorer är inte speciella i den bemärkelsen att det inte finns något särskilt venöst med dem som inte också kan sägas om arteriellt blod. Om man alltså skulle diskutera dessa i ett tentamenssvar om blandad venös syremättnad skulle man troligen behöva ta in några ytterligare element. Ett bra sådant skulle vara skillnaden i syrebärande kapacitet mellan arteriellt och venöst blod, som åstadkoms genom en förskjutning av dissociationskurvan mellan syre och hemoglobin:

Då blandat venöst blod innehåller mer löst koldioxid och är surare, förskjuts p50-värdet till höger (detta är Bohr-effekten). Storleken på förskjutningen under normala omständigheter är förmodligen inte särskilt stor. De få författare som faktiskt rapporterar p50-värden för blandat venöst blod från normala försökspersoner (t.ex. Kronenberg et al., 1971) tenderar att rapportera värden inom ett intervall vars gränser inkluderar normalt arteriellt p50 (26,6 mmHg).

Vi kan dock återkomma till de högskolestudier som specifikt frågade efter det blandade venösa PO2-värdet, och som faktiskt straffade personer som försökte styra frågan till ett mer meningsfullt område. Hur kan vi destillera det komplexa samspelet mellan ovannämnda faktorer till en form som sätter denna relativt obetydliga parameter i centrum? Man skulle förmodligen kunna säga något i stil med detta:

• PO2 i blandat venöst blod är en viktig faktor för dess syrehalt:
  • PO2 beskriver andelen löst syre (PO2 × 0.03)
  • Den PO2 bestämmer också SvO2 enligt formen på syrgas-hämoglobin-dissociationskurvan i blandat venöst blod
    • Denna kurva är något högerförskjuten (jämfört med artärblod) på grund av Bohr-effekten
  • SvO2 bestämmer sedan syretransporten av hemoglobin i blandat venöst blod, och därmed den blandade venösa syrehalten

Determinanter för den blandade venösa syrehalten

Avse de determinanter som bestämmer syretransportkapaciteten bestäms syrehalten i det blandade venösa blodet av följande huvudfaktorer:

• Hur mycket syre det fanns i det innan det blev venöst blod; i.
• Hur mycket av detta arteriella blod som levererades till vävnaderna, dvs. hjärtminutvolymen,
• Hur mycket syre som extraherades från det av vävnaderna, dvs. den systemiska syreförbrukningen (VO2)

Dessa bestämningsfaktorer är, om man tittar noga, komponenterna i Fick-ekvationen, där hjärtminutvolymen beräknas utifrån förhållandet mellan den systemiska syreförbrukningen och den arteriovenösa skillnaden i syrehalt:

där

• CO är hjärtminutvolymen,
• VO2 är organismens syreförbrukning i ml/min,
• CaO2 är arteriell syrehalt i ml/L och
• CvO2 är venös syrehalt.

En omgjord ekvation, där man löser för CvO2, finns i Farkas (2017):

där de extra elementen är:

• ceHb = den effektiva hemoglobinkoncentrationen
• BO2 = den maximala mängden Hb-bundet O2 per enhet blodvolym (normalt 1,34 eller 1.39)

Mixed venous oxygen content and arterial oxygenation

Om man behövde beskriva betydelsen av arteriell syresättning på mixed venous oxygenation, skulle man troligen kunna producera en grov graf (med hjälp av den ovan nämnda ekvationen) där syreförbrukningen (VO2) förblir oförändrad medan CaO2 minskar:

Det hade förmodligen varit enklare att bara säga att den blandade venösa syresättningen sjunker i proportion till minskningen av den arteriella syresättningen, allt annat lika. De förblir naturligtvis oftast inte lika (tänk på att hjärtminutvolymen och pH-värdet inte skulle förbli lugnt oförändrade när SaO2 sjunker till 50 %). Vävnadernas syrebehov förblir dock i allmänhet detsamma, och om du levererar mindre syre till dem kommer mindre syre att finnas kvar i det venösa blodet när de är färdiga med det. Samma sak gäller för en ökning av syretillförseln. Här visar ett diagram från Reinhart et al (1989) effekterna av hypoxi och hyperoxi på SvO2 och ScvO2 hos några försöksdjur:

Mixad venös syrehalt och VO2

VO2, vävnadernas syreförbrukningshastighet, kommer uppenbarligen att avgöra hur mycket syre som finns kvar i det arteriella blodet när det passerat genom vävnaderna och blir venöst. Detta begrepp, tillsammans med syreuttagskvoten, diskuteras mer ingående i kapitlet om förhållandet mellan venös syresättning och cellmetabolism. Kortfattat kan man säga att om hjärtminutvolymen och det arteriella syret förblir oförändrade kommer en ökning av den systemiska syreförbrukningen att leda till en minskning av den blandade venösa syrehalten, eftersom mer syre extraheras. På samma sätt kommer allt som minskar kroppens totala syreförbrukning att leda till en ökning av SvO2.

Manövrer som minskar kroppens totala metaboliska behov ökar helt klart den blandade venösa syrehalten. Till exempel ökade induktionen av anestesi med sufentanil och suxametonium SvO2 från 75 % till 82 % i genomsnitt, medan hjärtminutvolymen minskade något (Colonna-Romano et al, 1994). Vidare fann Hu et al (2016) att SvO2 ökade från 79 % till 83 % hos redan bedövade patienter som genomgick hjärtkirurgi när patienterna kyldes ned till cirka 30 ºC. Ju mer nedkylning som utförs, desto mer minskar den totala kroppens metaboliska hastighet ytterligare. Pesonen et al (1999) registrerade en SvO2 på 93 % hos barn vid 21ºC, strax innan ett djupt hypotermiskt cirkulationsstillestånd påbörjades.

Hypotetiskt sett, om kroppen inte använde något syre alls, skulle den blandade venösa syrehalten vara identisk med den arteriella (CaO2 = CvO2). Det är därför cyanidtoxicitet är något av en klassiker i SvO2-litteraturen, eftersom cyanid har effekten att den mitokondriella syremetabolismen helt avskaffas, vilket effektivt förhindrar vävnaderna från att använda något av det cirkulerande syret. Martin-Bermudez et al (1997) rapporterar ett fall av avsiktligt cyanidintag där SvO2 ökade till 95,2 %, något som litteraturen brukar beskriva som arteriolisering. Det mest extrema exemplet kommer från Chung et al (2016), som rapporterar om sin hantering av en 77-årig kvinna som slutade med en SvO2 på 99,8 % i ett fall av nitroprussidförgiftning medan hon låg på bypass. Originalbilden från deras artikel återges här som en ganska stor hyllning till den koreanska anestesiläkare som tog fram sin telefon och fotograferade linjerna medan operationspersonalen frenetiskt spädde ut thiosulfatet.

Mixed venous oxygen content and cardiac output

Sist påverkar hjärtminutvolymen den mixade venösa syrekoncentrationen, till den grad att SvO2 har föreslagits som ett surrogatmått för hjärtminutvolymen. Detta diskuteras utförligt i kapitlet om praktisk användning av centrala och blandade venösa blodgaser.

Om hjärtminutvolymen minskar kommer också den venösa syrehalten att minska, förutsatt att allt annat förblir oförändrat. Syrgasinnehållet i arteriellt blod är bara värt något om det blodet pumpas runt. Om cirkulationen är långsam och trög, blir syretillförseln till vävnaderna till slut relativt långsam, medan syreuttaget förblir detsamma – vilket naturligtvis ger upphov till en minskning av den blandade venösa syrehalten. På samma sätt, om syretillförselns hastighet ökar långt över nivån för vävnadernas behov, kommer det överblivna blodet i den venösa cirkulationen fortfarande att vara någorlunda väl syresatt. Utifrån detta skulle man kunna dra slutsatsen att mätning av SvO2 skulle kunna vara en ganska bra metod för att uppskatta hjärtminutvolymen (eller åtminstone upptäcka förändringar i den), men tyvärr är detta inte fallet i den verkliga världen vid patientens sängkant.

Mixt venöst CO2-innehåll

När läsaren har sett de viktigaste bestämningsfaktorerna för det mixt venösa syreinnehållet har han eller hon vid det här laget insett att det är lätt att tillämpa exakt samma principer på det mixt venösa CO2-innehållet. Observera:

• Den blandade venösa PCO2-halten är vanligen omkring 46 mmHg och bestäms av den totala syrehalten i det blandade venösa blodet och formen på CO2-dissociationskurvan
• Den totala CO2-halten i det blandade venösa blodet, som vanligen är omkring 520 ml/L, beskrivs av den modifierade Fick-ekvationen:
  

  VCO2 = CO × k × (PvCO2 – PaCO2)

  där

  • VCO2 är CO2-produktionshastigheten,
  • CO är hjärtminutvolymen,
  • PvCO2 – PaCO2 är den arteriovenösa CO2-differensen, och
  • k är en koefficient som används för att beskriva det nästan linjära förhållandet mellan CO2-innehållet och partialtrycket i blodet.

  • CO2-innehållet i arteriellt blod – varje ökning av arteriell CO2 kommer att ärvas av den blandade venösa CO2. Detta styrs av de centrala ventilationsreflexerna.
  • CO2-produktionen i vävnaderna, som är relaterad till den aeroba ämnesomsättningens hastighet och syreförbrukningen (VO2). En låg metabolisk hastighet orsakar en minskning av blandvenös CO2 (t.ex. hypotermi).
  • Hjärtminutvolym, som bestämmer hastigheten för avlägsnande av CO2 från vävnaden.
    • En låg hjärtminutvolym (t.ex. vid kardiogen chock) kommer att leda till en ökad CO2-halt i den blandade venen genom ett ”stagnationsfenomen”
      • Dvs. att en onormalt stor mängd CO2 kommer att tillsättas till kapillärblodet per volymenhet om transiteringstiden förlängs (dvs.
• Blodets CO2-kapacitet, som beskrivs av CO2-dissociationskurvan:
  • Kurvan är förskjuten åt vänster eftersom syrefritt hemoglobin har en högre affinitet för CO2 (Haldane-effekten).